Rekombination

Rekombination einfach erklärt

Als Rekombination bezeichnest du in der Biologie die Neuverteilung der Erbinformation in den Zellen. Die Umverteilungsvorgänge finden hauptsächlich während der Meiose statt. Durch den Austausch der bereits vorhandenen Allele entstehen neue Genkombinationen, die wichtig für die genetische Variabilität (Vielfalt) sind.

Merke: Allele sind verschiedene Varianten eines Gens, die zu unterschiedlichen Merkmalen führen. Wenn du dir die Haarfarbe ansiehst, kann ein Allel zum Beispiel für braune und eins für blonde Haare sorgen.

Genau wie eine Mutation, ist die Rekombination der Gene ein Faktor in der Evolution, der für die schnelle Anpassung an die Umwelt wichtig ist. Allerdings gibt es hier im Gegensatz zur Mutation keine Veränderung des vorhandenen Genpools. Es findet nur eine Umverteilung des genetischen Materials statt.

Eine Rekombination kann zwar Auswirkungen auf den Phänotyp (Aussehen), nicht aber auf den Genotyp (Genpool) haben.

Sexuelle Rekombination

Die sexuelle Rekombination gibt es nur bei Eukaryoten während der sexuellen Fortpflanzung. Dabei kommt es bei der Meiose zu einem Kernphasenwechsel. Das ist der Wechsel zwischen diploidem und haploidem Chromosomensatz. 

In der Evolution bringt die genetische Vielfalt, die durch sexuelle Rekombination erreicht wird, einen großen Vorteil. Im Gegensatz zur asexuellen Fortpflanzung passiert hier die Anpassung an sich ändernde Umweltfaktoren nämlich deutlich schneller. Während nachteilhafte Kombinationen zeitnah wieder verschwinden, können vorteilhafte Kombinationen in größerem Maße entstehen.

Du unterscheidest bei der Umverteilung genetischen Materials zwischen zwei verschiedenen Arten:

• Interchromosomale Rekombination
• Intrachromosomale Rekombination 

Interchromosomale Rekombination

Bei der interchromosomalen Rekombination findet eine Neuverteilung zwischen den vollständigen Chromosomen im Chromosomensatz statt. Das kann während der Fortpflanzung zu zwei Zeitpunkten passieren:

1) In der Meiose

Während der Meiose werden die homologen Chromosomen auf die Tochterzellen aufgeteilt. Aus einem doppelten (diploiden ) Chromosomensatz entsteht ein einfacher (haploider) Chromosomensatz. Die Neuverteilung findet in der ersten Anaphase statt. Dabei zieht der Spindelapparat in zufälliger Verteilung die homologen Chromosomen aus der Äquatorialebene zu den Polen. 

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2) Bei der Befruchtung

Die zweite Möglichkeit für eine neue Genkombination besteht während der Befruchtung bei der Verschmelzung der zwei Keimzellen zur Zygote. Die Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten ist dabei sehr groß.

Gehen wir von einer menschlichen Keimzelle aus, haben wir 23 Chromosomen. Das macht also 2²³  (= 8.388.608) Möglichkeiten zur Kombination. Die Wahrscheinlichkeit, zwei genetisch identische Nachkommen zu bekommen, ist damit also minimal.

Intrachromosomale Rekombination

Bei der intrachromosomalen Rekombination kommt es zu einer neuen Verteilung der Erbinformation innerhalb der Chromosomen. Dazu müssen sich die homologen Chromosomenpaare in der Prophase der Meiose aneinanderlagern. 

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Wenn sich die Chromatiden überkreuzen, kann es zum Crossing over  kommen. Dabei werden einzelne Chromosomenabschnitte getauscht. Dabei brechen die Chromatiden zunächst auf und verbinden sich dann neu. Das funktioniert ähnlich, wie bei der Reparatur von DNA-Strangbrüchen. Das Ergebnis ist eine Neuanordnung verschiedener Allele .

Parasexuelle Rekombination

Die Weitergabe und der Austausch von genetischem Material findet auch bei Organismen statt, die sich nicht geschlechtlich fortpflanzen. Das nennst du parasexuelle Rekombination. Zu diesen Organismen gehören beispielsweise Prokaryoten, also Bakterien und Archaeen .

Parasexualität beschreibt die Fortpflanzung ohne Verschmelzung der Geschlechtszellen, also ohne Meiose. Da bei den Eukaryoten die neue Verteilung des Genmaterials während der Meiose stattfindet, muss es hier dementsprechend andere Mechanismen geben.

Es gibt folgende drei Arten des Gentransfers bei Prokaryoten:

• Konjugation: Der Austausch von genetischem Material zwischen zwei Zellen durch deren direkte Verbindung.
  
  
• Transformation: Die Übertragung von freier DNA in eine Zelle (ohne Hilfe von Viren).
  
  
• Transduktion: DNA-Transfer mithilfe von Viren als Transporter.

Homologe und nicht homologe Rekombination

Die Rekombination ist sowohl zwischen gleichartigen, also homologen, als auch zwischen unterschiedlichen, den nicht homologen, Chromosomen möglich. Du unterscheidest deswegen auch zwischen der homologen und der nicht homologen (heterologen) Rekombination.

Diese Neuanordnungen können zum einen während der Meiose und der Befruchtung passieren. Zum anderen sind Rekombinationen aber auch bei Reparaturen der DNA möglich. Kommt es nämlich zur Entstehung von DNA-Doppelstrangbrüchen, müssen diese schnell repariert werden. Dazu müssen die DNA-Stränge wieder verknüpft werden.

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Das kann eine Zelle auf zwei Arten umsetzen.

Homologe Rekombination

Hier wird der Bruch mithilfe eines identischen (homologen) DNA-Stücks repariert. Es ist dabei essenziell, dass die doppelsträngigen DNA-Sequenzen homolog sind. Diese Abschnitte sind sich nämlich in ihrer Basenabfolge sehr ähnlich.

Die identischen Stränge nähern sich nun bei der homologen Reparatur an. Der beschädigte Strang kann jetzt unter Vorlage des anderen repariert und wieder verknüpft werden. Diese Art der Reparatur ist meist fehlerfrei.

Nicht homologe/heterologe Rekombination

Nicht homologe Chromosomen sind nicht identisch. Dementsprechend kann ein Bruch nicht nach dem Vorbild des anderen Chromosoms repariert werden. Stattdessen werden die Bruchenden zurechtgeschnitten und direkt wieder verknüpft. Dabei können jedoch oft Teile der Sequenz verloren gehen. Du sprichst hier von sogenannten Deletionen.

Rekombination — häufigste Fragen

• Was ist Rekombination?
  Der Begriff Rekombination bezeichnet die Neuordnung genetischer Informationen während der Meiose. Bereits vorhandene Allele werden neu miteinander kombiniert und sorgen so für genetische Variabilität.
  
  
• Was ist der Unterschied zwischen inter- und intrachromosomaler Rekombination?
  Es wird zwischen der inter- und intrachromosomalen Rekombination unterschieden, die beide während der Meiose auftreten können. Die interchromosomale Rekombination findet zwischen mehreren ganzen Chromosomen statt, während die intrachromosomale Rekombination nur einzelne Teile der Chromosome betrifft.
  
  
• Was passiert bei der intrachromosomalen Rekombination?
  Die intrachromosomale Rekombination findet nur zwischen einzelnen Teilen von Chromosomen statt. Sie tritt hauptsächlich in der Prophase der Meiose innerhalb des sogenannten „Crossing-overs” auf. Dabei überlappen die Chromatide homologer Chromosomen und tauschen sich aus.

Rekombination Gentechnik

Die Werkzeuge der Gentechnik sind heutzutage so weit entwickelt, dass es möglich ist, DNA künstlich herzustellen. Bei der sogenannten Klonierung geht es darum, DNA Fragmente in Vektoren einzubauen und sie mit deren Hilfe in Zellen einzubringen. Mehr zur Klonierung erfährst du in unserem Video , also schau rein!